За какво жужи трансформаторът

В същото време съвременните енергийни системи са проектирани по такъв начин, че всички техни компоненти да работят в синхрон. Всички трансформатори в града пеят една и съща нота едновременно. И понякога тяхната песен може да разкаже за извършеното престъпление. Това се случи по-специално в шумното дело на лондонската полиция срещу престъпното трио Хюм Бент, Карлос Мокрифе и Кристофър Макензи, обвинени в незаконна търговия с оръжие. Основното доказателство е диктофонният запис на сделката, направен от полицай под прикритие.

Защитата постави под въпрос автентичността на доказателствата, твърдейки, че фонограмата е редактирана. Д-р Алън Купър, ръководителят на Столичната полицейска лаборатория за криминалистични изследвания, успя да докаже автентичността на записа, както и да потвърди деня и часа, в който е направен. Благодарение на факта, че през последните осем години д-р Купър непрекъснато записва сигнала от електрическия контакт (самата „песен на трансформаторите“) и след това идентифицира познатата „мелодия“ в едва забележимата електромагнитна намеса в оперативния запис, престъпниците отидоха в затвора за 33 години.

В ефир - радио ТЕЦ

Електрическите проводници, които ни заобикалят навсякъде, неволно представляват гигантски антени. Токът, преминаващ през тях с честота около 50 Hz, генерира магнитно поле, известно още като електромагнитни смущения. Високоволтови линии, големи електрически двигатели, дросели с флуоресцентни лампи, големи електрически уреди - всички те излъчват "трансформаторна ария".

Електрическите компоненти на аналоговите аудио устройства също лесно приемат тези пикапи. Можете лесно да проверите това, като слушате радиото в паузите между музикални фрагменти или включвате мощен усилвател с пълна сила на звука.

Почти всеки запис, направен с аналогово оборудване (например касетофон), можете да откриете смущения. Те се записват и от цифров диктофон, защото неговият микрофон преобразува звука в аналогов електрически сигнал, който след това се дигитализира.

Рекордерът дори не е необходимо да може да записва 50 Hz сигнал, за да поддържа отпечатък на мрежовата носеща честота. Първо, смущенията не са звук, а електромагнитни вълни и ограниченият честотен обхват на микрофона не е пречка за тях. И второ, взаимодействайки с полезен сигнал, пикапите образуват множество хармоници в района на 100, 150, 200 Hz и т.н. Така че тяхната следа може да бъде намерена дори в обхвата на човешката реч.

Разбира се, смущенията и техните хармоници са много по-слаби от полезния сигнал, тъй като производителите на звукозаписно оборудване се борят да намалят паразитния шум и да подобрят качеството на звука. Професионалните аудио интерфейси и съвременният софтуер, използван от експерти, дават възможност за цифровизация и подлежат на компютърен анализ дори и на най-слабите компоненти на сигнала.

Ролята на личността в историята

Преди малко повече от десет години румънският специалист Каталин Григорас предположи, че естеството на текущите колебания на честотата в мрежата е толкова уникално за определена единица време, колкото и пръстовият отпечатък за човек. Логиката на д-р Григораш е съвсем ясна: честотата в една електропреносна мрежа (говорим за колебания в хилядни от един херц) се определя от натоварването, тоест от действията на милиони потребители, които не могат да се предвидят. Ако натоварването се повиши, честотата спада и обратно.

Разбира се, ако лично изключите нощната лампа половин час по-рано, това няма да повлияе на текущата честота. Ако обаче във вашия град тази вечер се провежда футболен мач на многохиляден стадион, следобед е пуснат нов завод в съседно село и всички телевизии в страната показват телеконференция с президента, тогава д-р Григораш ще получи желаните колебания в електрическите му анали. Колкото повече градове, предприятия и електроцентрали свързва мрежата, толкова по-сложна е нейната структура, толкова по-ярък е всеки ден от живота й, запечатан в историята.

Статистиката идва на помощ на разсъжденията. Според Института по криминалистика в Холандия, за да определите точно кой ден и час е направен записът, трябва да имате фонограма с продължителност малко над десет минути.

Методът за установяване на датата и часа на аудиозапис въз основа на анализ на потенциални клиенти е използван за първи път в английски съд и това изобщо не е случайно. Във Великобритания има единна електропреносна мрежа и за работа с записи от цялата страна е достатъчна само една база данни с текуща честота в националната мрежа.

Как е възможно същият пулс да бие в електрическите артерии на всяко устройство в цялата страна? В крайна сметка нуждите на мрежата от електричество се задоволяват от различни електроцентрали от различен тип, размери и мощности. Хиляди генератори от различни модели се захранват от парни и водни турбини. Дали валовете им се въртят с абсолютно същата скорост и реагират абсолютно еднакво на промени в натоварването в мрежата, с точност до хилядни от херца?

Колкото и парадоксално да изглежда, отговорът на този въпрос е „да“ и за това трябва да благодарим на Никола Тесла и Михаил Доливо-Доброволски, които създадоха трифазен синхронен електромотор, известен още като генератор. Принципът на синхронната машина е обяснен по-подробно в страничната лента. Най-важното му свойство е желанието да се приведе честотата на въртене на вала в точно съответствие с честотата на електрическия ток в мрежата.

Ако синхронен генератор в електроцентрала изостава от честотата на мрежата, той генерира въртящ момент, който принуждава машината да навакса. Генераторът се превръща в електродвигател и колкото по-силно е изоставането му, толкова повече въртящ момент развива. Когато честотата на мрежата изпревари генератора, възниква спирачен момент, докато машината отдава енергия на мрежата. Този ефект се нарича синхронност и е много мощен.

Синхронната работа на генераторите е от съществено значение за здравето на мрежата. Леката десинхронизация води до повишено износване и дори разрушаване на силовите машини поради много реактивния въртящ момент. Значителната десинхронизация води до опасни пренапрежения в мрежата, изпълнени с отказ на битови електроуреди и цели електроцентрали. Каскадната авария на московската енергийна система през 2005 г. ясно демонстрира как отказът на една голяма електроцентрала и последващият спад на напрежението и честотата на тока водят до последователно принудително спиране на други станции и срив на цялата мрежа.

Честотата на тока е един от основните показатели за качеството на захранването. По него се управляват системите за автоматично управление на мощността в електроцентралите, по-специално клапаните на парните турбини. Всяка станция сама се опитва да се върне към референтните 50 Hz, но синхронът е толкова силен, че всички генератори се ускоряват и забавят в един ритъм, като хармоничен оркестър.

Единната енергийна мрежа на Русия обхваща осем часови зони. Системата се състои от 69 регионални електропреносни мрежи, като всички те са свързани помежду си по синхронен начин. Такава голяма мрежа изисква дълги и скъпи линии за високо напрежение, но предоставя редица безспорни предимства. Това е изграждането на големи и по-ефективни електроцентрали и способността да се прехвърля енергия там, където е необходима в момента, и, разбира се, способността да се поддържа база данни за честотите за цели региони.

Времето покрива пътеката

Приятно е да се знае, че тази обещаваща криминалистична технология има руски корени. Сергей Ковал, главният експерт на Центъра за речеви технологии, ни каза, че от началото на 90-те години той използва анализа на мрежовите пикапи, за да установи автентичността на фонограмите. С гореспоменатите предположения такъв сигнал е синусоида и ако записът се редактира, можете да видите как тази синусоида се счупва при снаждането. Ако различни части на фонограмата са записани при различни условия, промяна е забележима не само във фаза, но и в амплитуда и честота.

Сергей Львович направи доклад за това на московската конференция на Европейското общество на съдебната акустика през 2004 г. Каталин Григораш също присъства на конференцията.

И накрая, алгоритмите за компресиране стават все по-добри и по-добри в разграничаването на полезния сигнал, който трябва да бъде запазен, от вредния шум, който трябва да бъде премахнат. MP3 форматът с променлива разделителна способност вече не ви позволява напълно да възстановите картината на честотните промени в мрежата.

За щастие, диктофони с функция на цифров подпис и „водни знаци“ се произвеждат специално за правоприлагащите органи: към фонограмата е специално добавен нечуващ кодиращ сигнал, който дава възможност да се потвърди времето за запис и липсата на залепване с най-висок точност.

Главният експерт на Центъра за речеви технологии Сергей Ковал разказа на Popular Mechanics за следите, които са останали на фонограмата от различни средства за звукозапис.

Лентовото устройство е богат източник на всякакви циклични сигнали. Неговият мотор се върти неравномерно и при различни позиции на четките скоростта на въртене се увеличава или намалява леко. Ролките може да не са съвсем кръгли, затягането на лентата не е съвсем равномерно, самата лента е неравномерно плътна, дебела и хлъзгава. Тъй като лентата се навива около ролката, нейният диаметър всъщност се променя и скоростта на лентата се увеличава равномерно. Нарушаване на цикличност или еднородност в съответните процеси по време на възпроизвеждане - причина да се подозира редактирането.

Цифровите данни се записват във флаш памет на парчета. Данните първо се натрупват в кеша (обикновено 512 байта) и след това се прехвърлят към USB флаш устройството. Процесът на предаване е много енергоемък и в този момент напрежението в аналоговите вериги на рекордера пада. В резултат на това има периодично намаляване на нивото на сигнала при записа. Ако тази честота е нарушена, трябва да държите ушите си отворени.

- Трифазен електрически ток протича в енергийните артерии на страната. В домовете си сме свикнали да виждаме контакти с два контакта, защото една фаза е достатъчна за захранване на битови електрически уреди. И трите фази се прилагат за промишлени предприятия. Прието е да се каже, че изместването между тях е 120 градуса.

- Статорът на синхронен електродвигател (генератор) съдържа три намотки, монтирани под ъгъл от 120 градуса един към друг. Всеки от тях се захранва с променлив електрически ток в една от трите фази. Намотките на статора създават въртящо се електромагнитно поле. Честотата на въртене съответства на текущата честота - 50 Hz.

- Роторът на двигателя е намотка, краищата на която са късо съединени. Най-естественият режим на работа на двигателя е празен ход, при който роторът се върти с абсолютно същата скорост като магнитното поле. Ако пренебрегнем силите на съпротивлението, тогава в този режим няма индуцирана електродвижеща сила (EMF) в ротора, двигателят не консумира енергия и е по-скоро като трансформатор.

- Ако роторът изостава от въртящото се поле, в него ще възникне ЕМП и стойността му ще бъде колкото по-голяма, толкова по-голям е ъгълът на отклонение. В този случай машината се превръща в двигател и консумира енергия от мрежата.

- Ако роторът изпревари въртящото се поле, в него ще се появи ЕМП в обратна посока, забавяйки въртенето. В този случай машината се превръща в генератор и дава енергия на мрежата.

- По този начин синхронната машина винаги се стреми да приведе своя ход в съответствие с честотата на тока в мрежата и тази тенденция е колкото по-силна, толкова по-голямо е отклонението.